Badanie Powłok

W jakich przypadkach stosuje się testy weathering & lightfastness

Testy prowadzone w komorach do sztucznego przyspieszania warunków atmosferycznych [zdj. 1] służą do porównywania jakości powłok, tworzyw, tekstyliów lub innych materiałów z materiałami o znanej, referencyjnej odporności na określony rodzaj ekspozycji, przebieg cykli itp. Zgodnie z ASTM G151 pkt 4.2 testy te służą do określania względnych właściwości użytkowych materiałów. Oznacza to, że testy w komorach zarówno z promieniowaniem UV-A, UV-B lub promieniowaniem emitowanym przez łuk ksenonowy służą do jednoczesnego prowadzenia ekspozycji próbek, które mają być między sobą porównane pod względem odporności. Zwykle próbką porównawczą jest materiał referencyjny o znanej odporności na ekspozycję, standard odniesienia jako międzynarodowy materiał odniesienia (np. niebieska wełna) lub inny produkt rynkowy, który chcemy porównać z innymi, np. nowo projektowanym, konkurencyjnym itp. 

Z kolei testy prowadzone w naturalnych warunkach atmosferycznych na stacjach terenowych znajdujących się w różnych szerokościach geograficznych służą prowadzeniu ekspozycji w długotrwałych testach (ekspozycja w naturalnych warunkach) lub w warunkach zintensyfikowanego jednego lub kilku czynników środowiska (przyspieszony weathering w warunkach zewnętrznych). Najpopularniejsze testy w klimacie pustynnym w Wittmann i Buckeye w Arizonie oraz klimacie podzwrotnikowym w Homestead na Florydzie służą prowadzeniu testów w skrajnie różnych warunków klimatycznych, od suchego pustynnego z bardzo silnym promieniowaniem słonecznym, po wysokie poziomy promieniowania słonecznego przy jednoczesnej bardzo wysokiej wilgotności względnej powietrza. Takie testy dodatkowo pozwalają na prowadzenie ekspozycji w warunkach naturalnie występujących zanieczyszczeń powietrza, osadów biologicznych itp. Tego typu testy służą przede wszystkim sprawdzeniu rzeczywistego zachowania się próbek w określonych warunkach klimatycznych, budowania danych na temat korelacji z testami w komorach laboratoryjnych oraz próbach z intensywnym promieniowaniem i temperaturą na urządzeniach do potęgowania dawki promieniowania i temperatury w warunkach naturalnych (opisane poniżej w artykule).

Prawidłowy przebieg ekspozycji powłok

Komory laboratoryjne umożliwiają prowadzenie ekspozycji w określonych zwykle w normach przebiegach cyklicznie powtarzających się sztucznych warunków atmosferycznych. W zależności od stopnia zaawansowania komory dostępne są różne źródła nawilżania próbek (kondensacja, kontrolowana wilgotność, natrysk wodny lub zanurzanie próbek) oraz źródła promieniowania (generowane przez łuk ksenonowy [zdj. 2] i poddawane filtrowaniu przez określone filtry, promieniowanie UV [zdj. 3] w zakresie UV-A oraz UV-B). Do tego dochodzi kontrola temperatury, jak również poziomów promieniowania z kontrolą za pomocą radiometrów w odpowiednich punktach referencyjnych, np. TUV (300-400 nm), UV-A 340 nm, UVB-313 nm.  
Dowolność ustawienia przebiegu ekspozycji i narażenia na powyższe czynniki generuje spore problemy i sprawia, że użytkownicy komór chętnie sięgają po gotowe cykle zamieszczone w normach. Szczególnie popularny w Europie przebieg ekspozycji w komorach ksenonowych, opisany w ISO 16474-2 (metoda A cykl nr 1 lub metoda B cykl nr 4) oraz ISO 4892-2 (metoda A cykl nr 1 lub metoda B cykl nr 4) i polegający na ekspozycji próbek w przebiegu 102 minuty napromieniowania suchego i 18 minut promieniowania wraz z natryskiem wodnym. Na podstawie testów prowadzonych przez laboratoria ASTM International, w tym laboratorium Spektrochemu, stwierdzono, że przebieg ten w żaden sposób nie powoduje zmian w powłokach, w odniesieniu do zmian powstających w naturalnej ekspozycji zewnętrznej. Cykl ten, wskazany jest co prawda w ASTM G155 lub ASTM D6695, jednakże z adnotacją, iż jest to przebieg umieszczony w normie ze względów historycznych i nie jest on adekwatny do prowadzenia testów symulujących zmiany, jakie zachodzą na powłokach w ekspozycji na zewnątrz. 

Każdy przebieg ekspozycji w komorach wymieniony w normach, zarówno ASTM, jak i ISO powinien być weryfikowany i dostosowywany indywidualnie do każdego typu testowanego materiału. Nie można bowiem zastosować identycznego przebiegu do testów tekstyliów, tworzyw i powłok malarskich. Każdorazowo przebieg ekspozycji powłok w komorach laboratoryjnych należy ustalać indywidualnie, szczególnie, jeżeli wymagane są dodatkowe czynniki wpływające na niszczenie powłok, np. zamrażanie i rozmrażanie próbek, które nie są dostępne w komorach z lampami UV czy ksenonowymi. 
W większości przypadków cykle opisane w standardach ASTM, np. ASTM G154 wskazują na przebieg stosowany dawniej i mający jedynie charakter historyczny. Oczywiście można wykorzystać te cykle podczas ekspozycji, gdy jest rozpoznane na drodze badań, jaki mają one wpływ na poszczególne rodzaje testowanych materiałów. Jednym z drastyczniejszych testów opisanych w ASTM G154 jest np. cykl nr 6, w którym próbki powłok poddaje się ekspozycji 8 h promieniowania UV w zakresie UVA z punktem kalibracyjnym w 340 nm przy irradiancji 1,55 W/(m2 × nm) [zdj. 4] w temperaturze (60 ± 3)°C i następnie 4 h kondensacji w temperaturze (50 ± 3)°C BPT. Taki cykl nie będzie nadawał się do wszystkich rodzajów powłok ze względu na bardzo silny poziom promieniowania (prawie 2-krotnie wyższy niż irradiancja z normy ISO 16474-3 dla takiego samego typu lamp). 
Prawidłowy dobór przebiegu ekspozycji zarówno w komorach laboratoryjnych ze sztucznymi źródłami promieniowania powinien opierać się na trzech zasadach: 
a) Jeżeli porównywane są próbki wyłącznie w zakresie odporności w komorach laboratoryjnych – wówczas powinien być stosowany zawsze ten sam przebieg, kontrola takich samych warunków (temperatura, wilgotność, irradiancja, przepływ wody, parametry wody itp.), zaś testy powinny być prowadzone zawsze z udziałem powłok o znanej odporności na działanie danego cyklu i jego przebiegu, np. podczas bencharkingu, porównywania kontrolnego partii itp.;
b) Jeżeli testy mają być prowadzone w warunkach naturalnych, wówczas należy uwzględniać zmienność warunków atmosferycznych (na podstawie przewodnika ASTM G141), miejsce prowadzenia ekspozycji – lokalizacja stacji badawczej i tym samym przeznaczenie powłok do eksploatacji w określonym rodzaju klimatu, szerokości geograficznej itp.
c) Jeżeli próbki mają być testowane w komorach laboratoryjnych z założeniem korelacji do warunków naturalnych – wówczas testy muszą bazować na zasadach opisanych w sekcji „Korelacja ekspozycji w komorach do warunków naturalnych”.